机械设计制造及其自动化专业教学中的创新思维培养方法

朱金金，男（汉族），江苏南通人，硕士，任职于南通理工学院  讲师，研究方向：机械设计制造及其自动化，本科教育。

摘要：在科技高速发展的今天，作为推动制造业发展的中坚力量的机械设计制造及其自动化专业，需要培养创新思维能力。在“中国制造2025”、“新工科”等国家的大力推进下，传统的教学模式已经很难适应现代工程教育的需要。创造性思维能力的培养，不仅关系到解决复杂工程问题的能力，而且关系到学生创新能力的培养，以及未来科技革命的需要。因此，探索培养学生创造性思维的有效途径，是机械设计制造与自动化专业教学改革的一个重要方面。

关键词：机械设计制造；自动化专业；创新思维

近几年来，随着我国机械设计制造与自动化专业的不断深入，创造性思维的培养逐渐成为教学的重要内容。据相关数据统计，80%以上的高校已经把创造能力课程纳入到机械专业的教学体系中来，同时，通过课程设计、实验教学、创新创业活动等方式，培养学生的创新能力和工程实践能力。但是，在目前的教学过程中，学生的创新能力还不够强，实践环节与理论相脱节。因此，对创新思维的培养方法进行深入研究，优化教学体系，是提高学生综合素质的重要途径。

一、融合跨学科知识，拓宽思维视野

在课程设置方面，应该打破传统的学科壁垒，通过设置跨学科的课程或者项目，可将机械设计原理与计算机科学、材料科学、电子工程等多个领域的知识进行融合，让学生们去探究不同领域之间的联系和应用[1]。可以设计任务，让学生既要进行结构优化设计，又要考虑如何利用智能控制系统实现生产过程的高效性，或采用新材料提高产品性能等[2]。这种跨学科的教学方法能激发学生从多个角度去思考问题，从而激发出新颖的思想和解决办法。

例如，课程可与计算机、材料、电子等多个学科进行交叉课程设计，以拓展学生的思维视野为例。以“智能机械系统设计与优化”为研究对象，以交叉学科知识融合为主要研究内容，以提高学生综合设计和创新能力为目标。教师可以将学生分成几个小组，每个小组负责设计一种智能机器系统，如自动分拣机器人。

在设计过程中，要根据机械设计原理构思出机器人的基本结构及运动机理，以保证机器人能顺利完成分拣作业。在此基础上，结合计算机科学知识，设计智能控制系统。材料学方面，学生需考虑选择何种材料，如使用轻质、高强的复合材料，以达到减重、提高运动效率的目的。同时，利用电子工程知识对机器人电路进行设计与优化，以保证各部件间稳定的通讯与能源供给。通过这种跨领域的设计作业，同学们不但可以深入了解本领域的知识，更可以学习到如何整合所学到的知识，以解决实际问题。

二、实施项目驱动学习，强化实践创新能力

可以把理论知识与具体的工程项目或者创新项目结合起来，使学生在实践中学习、探索、创造。教师可指导学生参加企业合作项目、科技创新竞赛、自主研发等项目，使其从需求分析、方案设计、原型制作到测试评价等一系列环节，亲自体验整个创新过程[3]。通过解决实际问题，学生既可加深专业知识之了解，又可训练团队合作、解决问题及不断提高之能力，以达到有效培养创新思维之目的。

例如，可以以“智能生产线优化”项目主题开展项目驱动式教学，在项目开始阶段，学生先到生产线上进行实地考察，并对生产线的情况进行需求分析，对生产线的现状及存在的生产效率低、设备故障率高等问题进行详细了解。然后，学生们在教师的引导下进行优化设计。学生可以将所学到的机械设计、控制理论、工业工程等方面的知识，通过引入自动装卸系统，减少人工搬运，优化设备布置，提高生产流程的连贯性，利用智能监测系统对设备故障进行预测。学生们在设计过程中经常交流，以保证设计方案的可行性与实用性。在确定方案之后，学生们便开始分工合作，制作样机并进行测试。利用校内实验室资源及企业提供的设备与材料，亲自动手进行自动化搬运系统的组装与调试，并编写智能监控软件。通过项目的实施，学生不但能把理论知识运用到实际工作中，学会解决问题，培养学生持续创新能力。

三、鼓励批判性思维与开放讨论，营造创新氛围

在教学过程中，教师要积极创造一个鼓励质疑，尊重差异，提倡自由表达的环境[4]。设计开放式问题，组织小组讨论或辩论，鼓励学生对已有的理论、技术或设计方案提出质疑，并尝试提出改进建议。与此同时，教师要扮演引导者的角色，而不仅仅是知识的传授者，对学生的观点给予积极的反馈与建设性的引导，让学生学习如何对信息进行批判性的分析，并在不同观点的碰撞中获得灵感。这样的教学方法能使学生的思维活跃、灵活，为创造性思维的萌芽提供了肥沃的土壤。

例如，以“传动系统设计”一章为例，在课堂上，教师不直接讲解传动系统的基本原理与设计方法，而是提出“如何设计出符合特定工况要求且效率高、可靠性高的传动系统？”在讨论中，学生各抒己见，部分学生从机械设计的观点，提出用新的材料提高传动件的耐磨性、强度；部分学生则将控制理论与控制理论相结合，提出采用最优控制策略，以提高系统的响应速度与稳定性；也有部分学生从经济角度出发，提出减少生产成本及维修费用的方案。在讨论过程中，学生除阐述自己的观点外，也对别人的观点提出了自己的看法。教师需要认真地听着每一位学生的发言，对好的意见给予肯定与鼓励，对于有争议的部分，引导学生深入讨论。在不断的讨论与交流中，学生们逐渐开阔自己的视野，学会从不同的角度去思考问题，并提出创新的解决办法。

结束语

综上所述，在机械设计制造与自动化专业教学中进行创新思维的培养，不仅关系到学生的个人成长，而且对我国制造业转型升级具有重要的现实意义。未来，伴随着教育观念的不断更新和技术手段的不断发展，创造性思维的培养将更多地关注与工程实践相结合，通过课程改革，实践教学，跨领域合作，建立更为完善的创新教育体系。为培养具有国际竞争能力的高级工程技术人才打下基础，促进我国由“制造大国”迈向“制造强国”的跨越。

参考文献

[1]  吴博文，谢金媚.机械设计制造及自动化本科专业实践教学体系建设[J].模具制造，2024，24（10）：107-109.

[2]  袁新璐，袁容，欧阳.普通高校本科生导师制的实践与思考——以机械设计制造及其自动化专业为例[J].时代汽车，2024，（18）：105-107.

[3]  王立强，王树强，王翠青，韩珩.基于工程教育认证的留学生专业教学探索与实践——以沈阳化工大学机械设计制造及其自动化专业为例[J].中国教育技术装备，2024，（16）：55-58.

[4]  姜全新，杨荣强.地方高校机械设计制造及其自动化专业产学研用一体化培养模式的实践路径[J].造纸装备及材料，2024，53（08）：180-182.